專利名稱：光學式測距裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及測量射出光之后到由測定對象物反射而被受光元件檢測的光的飛行時間，檢測到上述測定對象物的距離的光學式測距裝置。
背景技術：
以前，作為測距方法，測定光的往復時間并算出到測定對象物的距離的方法的所謂TOF(Time of Flight)法，為眾所周知。由于已知光的速度c是3.0×108m/s，所以該測距方法是通過測定光的往復時間、并用下式(1)算出到測定對象物的距離L的方法。
L＝(c·Δt)/2 ...(1)上述TOF法的具體的信號處理方法有各種各樣提案，例如，在特開平6-18665號公報公開的距離測量裝置中，將起動脈沖(和發光元件同步)作為開始信號，在檢測關閉(stop)脈沖(受光信號)之前積分器連續存儲(或放電)電荷，根據其增加(或減少)量檢測光的往復時間。這樣，作為測定上述起動脈沖和關閉脈沖之間的時間的測定方法，例如，象特開平7-294642號公報公開的距離測定裝置那樣，存在和起動脈沖同時開始基準CLK的脈沖數計數，根據檢測關閉脈沖時的脈沖數，得到光的往復時間的方法等。
但是，這些方法都把用受光元件檢測出的電流信號變換成脈沖(電壓)信號，以脈沖波形具有時間信息的形式進行信號處理。通常，并未確定測定對象物，來自測定對象物等的反射光量的動態范圍非常大，多數情況下由自然光等的背景光產生的噪聲分量比信號分量要大得多。在這樣的狀況下除去背景光的噪聲，適當提取信號光脈沖非常困難。由于環境(主要是溫度)等的影響，電壓波形容易引起相位延遲。因此，在時間軸上的電壓波形偏差變成非常大，必須有某種時間修正裝置。這種情況下，電路結構變得非常復雜，結果導致制造成本增大。
與其相對，R.Miyagawa等發表了一種通過使用有普通的CCD(電荷耦合元件)構造的光柵(photogate)，在電壓變換受光信號之前處理光電流，從而得到距離信息的技術(“CCD-Based Range-Finding Sensor”IEEETransaction on Electron Devices，Vol，44，No10，October，1997，p1648～1652)。圖17中表示有R.Miyagawa等提出的光柵構造的受光器的一例示意剖面圖。圖18是表示上述光柵構造的動作定時圖。
在圖17中，101是p型半導體襯底，102是與p型半導體襯底101一同構成受光部分的n型半導體層，103是構成路徑Ach的電荷存儲部分的n型半導體層，104是構成路徑Bch的電荷存儲部分的n型半導體層。而且，105、106是有MOS(金屬氧化膜半導體)構造的柵極(gate)，用n型半導體層102、電荷存儲部分103和柵極105形成Ach側的開關MOS晶體管107。同樣，用n型半導體層102、電荷存儲部分104和柵極106形成Bch側的開關MOS晶體管108。
發光元件(未圖示)根據圖18(a)表示的定時，對測定對象物照射光。被測定對象物反射的光信號用由圖17的p型半導體襯底101和n型半導體層102構成的受光部分檢測，成為圖18(b)所示的受光信號。那時，圖18(a)和圖18(b)的相位關系，受光信號離發光信號僅延遲光在到測定對象物的距離之間往復的時間(t1)。這里，使Ach側的開關MOS晶體管107的柵極105和發光信號同步進行開-關，而且，使Bch側的開關MOS晶體管108的柵極106在柵極105關閉的同時打開。這時，輸入到各柵極105、106的柵極信號GA、GB的電平「H」持續時間和發光信號的電平「H」的持續時間t0相同。
通過以上述那樣的定時進行上述各開關MOS晶體管107、108的定時動作，Ach的電荷存儲部分103存儲相當于圖18(e)表示的時間(t0-t1)的來自n型半導體層102的電荷，Bch的電荷存儲部分104存儲相當于(t1)的來自n型半導體層102的電荷。而且，多次重復該動作，在電荷存儲部分103、104存儲電荷并使信號分量(即，存儲電荷)變大后，通過讀取這兩個溝道(channel)的信號，例如，就能計算兩個信號之比，測定到測定對象物的距離。
若使用圖17所示的光柵構造，相當于光的往復時間的相位延遲量的信息作為存儲電荷量(強度)來處理。因此，例如，即使有溫度變化等，在信號處理方面也不需要考慮相位的偏差。因而，能進行穩定的距離測定。
在一般的環境下，存在太陽光或照明(螢光燈等)那樣的某種背景光。而且，在存在背景光的情況下，在圖18所示的受光信號波形上重疊背景光。背景光的調制頻率是從DC(太陽光的情況)到數十kHz(變頻燈的情況)等多樣的，但在一般生活環境下充其量是kHz級。與此相對，上述TOF法由于是使用了光速度的延遲時間測定，其頻率很高，一般用數十MHz級。因此，相對于受光信號的脈沖波形，背景光的頻率非常低，在上述脈沖波形的1個周期內能當作DC。圖19表示有背景光情況的定時圖。如圖19(e)和圖19(f)所示，在有背景光的情況下，Ach的電荷存儲部分103和Bch的電荷存儲部分104所存儲的電荷量僅增加柵極105、106導通的持續時間的背景光部分。因此，不能用Ach的電荷存儲部分103和Bch的電荷存儲部分104存儲的電荷量求得延遲時間t1。
對應于這樣的問題，在特開2004-294420號公報公開的距離圖像傳感器中，除了和圖17同樣的構造外，還設置和電荷存儲部分103、104不同的電荷存儲部分(未圖示)，通過僅在第三時間帶監視背景光，從Ach和Bch的輸出僅提取反射信號。圖20表示其定時圖。如圖20所示，在上述受光部分的周邊設置著Cch的開關MOS晶體管(未圖示)，該開關MOS晶體管有用與Ach的柵極信號GA和Bch的柵極信號GB連續的相同脈沖寬度t0的柵極信號GC打開的柵極(未圖示)。這時，由于在柵極信號GC導通的時間帶不存在基于反射光的脈沖信號，所以存儲僅由背景光引起的電荷，監視背景光強度。因而，根據這三個存儲載體(carrier)(強度)，用以下的式(2)，即使是有背景光那樣的環境下也能求出到測定對象物的距離。其中，式(2)中，A是Ach的電荷存儲部分103存儲的電荷量，B是Bch的電荷存儲部分104存儲的電荷量，C是Cch的(背景光用的)電荷存儲部分存儲的電荷量。
A-BA+B-2C=(t0-2t1)t0]]>→t1=t02(1-A-BA+B-2C)]]>但是，在特開2004-294420號公報公開的距離圖像傳感器中，有以下那樣的問題。即，上述那樣的背景光，例如，在室外的太陽光下也達到數十萬勒克司，在辦公室等比較明亮的室內也有數千勒克司的亮度。由于這樣強的背景光，例如，在受光元件使用通常的光電二極管的情況，根據光學系統和其受光面積很容易算出，獲得的光電流一般為mA級以上。與此相對，從測定對象物反射并返回的光的數量較大依存于測定對象物表面的反射狀態和至測定對象物的距離，例如，發光元件即使用高輸出的激光二極管(LD)(數百mW)，并且至對象物有數米距離時，有時入射到上述受光元件的光量減少到nW程度。
在這樣的環境下，圖17的存儲部分103、104所存儲的電荷的SN比非常低，就是說在占有受光信號大部分的噪聲分量中存在微小的信號分量。而且，電容對于存儲部分103、104的電荷是有限的，所以限制在重復存儲僅增加噪聲分量部分的電荷時的重復次數，SN比越低，則測定距離的誤差越大。
發明內容
因此，本發明的課題在于即使是背景光強的環境下，也能提供測距精度高的光學式測距裝置。
為了達到上述目的，有關本發明一方面的一種光學式測距裝置，測定從發送光起到接收由測定對象物反射的光為止的光的飛行時間，從而檢測到上述測定對象物的距離，其特征在于，具有發光元件，出射與有規定重復頻率的調制信號同步的光信號；受光元件，來自上述發光元件的上述光信號由上述測定對象物反射，該受光元件接收其反射后的上述光信號并變換為電信號；開關以規定的定時將來自上述受光元件的上述電信號向至少兩條路徑切換；存儲/差動運算部分，分別存儲由上述開關切換的上述路徑的電信號，對該存儲了的上述電信號進行差動運算；以及距離判定部分，根據上述存儲/差動運算部分的差動運算結果，判定到上述測定對象物的距離。
若根據上述結構的光學式測距裝置，通過存儲以規定的定時切換的各個電信號，并進行其存儲的電信號的差動運算，就能適當地除去背景光等的噪聲分量。這樣以來，作為差動運算部分結果僅提取存儲的信號分量。由于直到成為充分大的信號分量之前都進行存儲動作的結果，用距離判定部分檢測其和測定對象物之間光的飛行時間，從而能進行高精度的距離的運算。
一種實施方式的光學式測距裝置，其特征在于，上述存儲/差動運算部分具有用電容元件的積分器，用上述積分器存儲上述電信號。
若根據上述實施方式，上述存儲/差動運算部分使用作為一般無源元件的電容元件，所以在受光側不需要特別的構造，能用一般的電路元件構成受光側。
一種實施方式的光學式測距裝置，其特征在于，上述開關轉換第一路徑和第二路徑；上述存儲/差動運算部分的上述積分器是連接上述第一路徑的第一積分器和連接上述第二路徑的第二積分器；上述存儲/差動運算部分進行上述第一積分器輸出和上述第二積分器輸出的差動運算。
若根據上述實施方式，用上述存儲/差動運算部分進行第一積分器和第二積分器的輸出的差動運算，所以能成為最簡單的電路結構。
一種實施方式的光學式測距裝置，其特征在于，上述第一積分器和上述第二積分器使用的電容元件的電容值是相同或大致相同的。
若根據上述實施方式，第一積分器和第二積分器的電容元件的電容值是相同或大致相同的，所以能容易且高精度進行第一積分器和第二積分器的輸出的差動運算。
一種實施方式的光學式測距裝置，其特征在于，在同一半導體襯底上至少制作上述受光元件和上述第一積分器以及上述第二積分器。
若根據上述實施方式，在同一半導體襯底上至少制作第一積分器和第二積分器，所以能使第一、第二積分器理想地相等，由于能減少第一、第二積分器間的誤差，高精度的距離測定成為可能。
一種實施方式的光學式測距裝置，其特征在于，在技術方案1記載的光學式測距裝置中，上述存儲/差動運算部分有采用了用電容元件的積分器，用上述積分器存儲上述電信號并進行差動運算。
若根據上述實施方式，在使用上述存儲/差動運算部分的電容元件的積分器中，由于邊對包含背景光分量和信號光分量的電信號進行差動運算邊進行信號存儲，所以能削減零件件數，同時即使在室外等強背景光環境下存儲裝置也不會因背景光分量而飽和。
一種實施方式的光學式測距裝置，其特征在于，用上述開關轉換被上述受光元件檢測出光電流的路徑，通過使輸入到上述存儲/差動運算部分的上述積分器輸入端子的上述光電流流動方向反轉來進行差動運算。
若根據上述實施方式，通過切換上述開關，以規定的定時使對存儲/差動運算部分的積分器起作用的電流方向反轉，能得到差動運算的結果。因此，能用一個積分器一面進行差動運算一面再存儲運算結果的信號分量。
一種實施方式的光學式測距裝置，其特征在于，上述受光元件具有陰極連接到電源的第一受光元件和陽極連接到基準電位的第二受光元件，上述開關以規定的定時將上述第一受光元件的陽極連接到上述存儲/差動運算部分的上述積分器輸入端子，另一方面將上述第二受光元件的陰極連接到上述存儲/差動運算部分的上述積分器輸入端子。
若根據上述實施方式，上述開關以規定的定時切換成第一受光元件的陽極和第二受光元件的陰極，所以能有效地使對積分器起作用的電流方向反轉。
一種實施方式的光學式測距裝置，其特征在于，上述第一受光元件和上述第二受光元件是相同構造，且是相同尺寸。
若根據上述實施方式，由于上述第一受光元件和上述第二受光元件是相同構造，且是相同尺寸，所以其輸出特性變為相同，能降低對積分器起作用的電流的誤差。
一種實施方式的光學式測距裝置，其特征在于，在同一半導體襯底上至少制作上述第一受光元件和上述第二受光元件。
若根據上述實施方式，由于在同一半導體襯底上制作上述第一受光元件和上述第二受光元件，所以第一、第二受光元件間的輸出特性的誤差能忽略，同時使第一、第二受光元件間能夠極鄰近地相鄰配置，所以沒有第一、第二受光元件間的光信號的照射不均。因此，能進行高精度的距離測定。
一種實施方式的光學式測距裝置，其特征在于，具有
生成二個和在上述受光元件中流動的電流相同大小的電流的輸出型的第一電流鏡像電路；以及輸入由上述第一電流鏡像電路生成的二個電流的一個，生成和該電流相同大小的電流的吸入型第二電流鏡像電路，上述開關以規定的定時進行以下轉換，將由上述第一電流鏡像電路生成的電流的另一個輸入到上述積分器的輸入端子，或者將由上述第二電流鏡像電路生成的電流輸入到上述積分器的輸入端子。
若根據上述實施方式，由于用第一、第二電流鏡像電路生成和由上述受光元件生成的光電流相同的電流，能用各自一個受光元件和積分器構成受光器，所以能削減零件數，同時沒有因受光元件間和積分器間的特性差別而引起的誤差。
一種實施方式的光學式測距裝置，其特征在于，具有恒流源；生成二個和在上述恒流源中流動的電流相同大小的電流的輸出型的第一電流鏡像電路；生成二個和在上述恒流源中流動的電流相同大小的電流的吸入型的第二電流鏡像電路，使上述第一受光元件的陽極與上述第一電流鏡像電路的一個輸出側端子連接，使上述第一受光元件的陰極與上述第一電流鏡像電路的另一個輸出側端子連接，上述開關以上述規定的定時進行以下轉換，使上述第一電流鏡像電路的一個輸出側端子與上述積分器的輸入端子連接，使上述第一電流鏡像電路的另一個輸出側端子與電阻負載連接，或者使上述第一電流鏡像電路的另一個輸出側端子與上述積分器的輸入端子連接，使上述第一電流鏡像電路的一個輸出側端子與電阻負載連接。
若根據上述實施方式，在和恒流源相同的一定電流流動的二個路徑之間連接著受光元件，因為能提取相當于光電流的電流變化量，降低受光元件的輸入阻抗，就能高速響應。而且，由于具有兩個系統的和該恒流源相同的一定電流流動的路徑，用上述開關以規定的定時進行以下切換，使第一電流鏡像電路的一個輸出側端子輸入到積分器的輸入端子，并使第一電流鏡像電路的另一個輸出側端子與電阻負載連接，或者使第一電流鏡像電路的另一個輸出側端子輸入到上述積分器的輸入端子，并使第一電流鏡像電路的一個輸出側端子與電阻負載連接，使對積分器起作用的電流方向反轉。
一種實施方式的光學式測距裝置，其特征在于，上述開關是第一開關和第二開關，上述存儲/差動運算部分具有第一存儲部分和第二存儲部分，上述受光元件和第一開關及第二開關相鄰配置，上述第一存儲部分與上述第一開關相鄰配置，上述第二存儲部分與上述第二開關相鄰配置，上述存儲/差動運算部分進行上述第一存儲部分和上述第二存儲部分中所存儲的信號的差動運算，在同一半導體襯底上至少制作上述受光元件、上述第一開關、上述第二開關、上述第一存儲部分和上述第二存儲部分。
若根據上述實施方式，通過在同一半導體襯底上制作與上述受光元件相鄰配置第一、第二開關，又與第一、第二開關相鄰配置第一、第二存儲部分，由于能將其集成構成，所以很容易小型化，同時能降低制造成本。而且受光元件和存儲/差動運算部分(差動運算、信號存儲)也能分別用一個構成。
一種實施方式的光學式測距裝置，其特征在于，上述受光元件、上述第一開關、上述第二開關、上述第一存儲部分和上述第二存儲部分相對于上述受光元件的中心線是左右對稱的。
若根據上述實施方式，因為上述受光元件、第一、第二開關、和第一、第二存儲部分相對于上述受光元件的中心軸是左右對稱的，第一存儲部分和第二存儲部分無偏心地存儲電荷，所以能提高測距精度，同時能通過差動運算有效地消除背景光的影響。
一種實施方式的光學式測距裝置，其特征在于，具備二個有上述受光元件、上述開關和上述存儲/差動運算部分的單元。
若根據上述實施方式，由于具備二組有上述受光元件、開關和存儲/差動運算部分的單元，能除去來自測定對象物的受光強度的影響，所以能夠正確地測定距離。
一種實施方式的光學式測距裝置，其特征在于，上述兩個單元是第一單元和第二單元，上述距離判定部分計算上述第一單元的輸出和上述第二單元的輸出之比，根據該比判定到測定對象物的距離。
若根據上述實施方式，由于計算第一、第二單元的輸出之比來判定距離，所以能消除背景光的影響，同時能使來自測定對象物的受光強度歸一化，能正確地測定距離。
一種實施方式的光學式測距裝置，其特征在于，上述兩個單元是第一單元和第二單元，設上述第一單元的開關時間為T時，上述第二單元的開關時間是2T以上若根據上述實施方式，由于第二單元的開關時間是第一單元的兩倍以上，用第二單元能檢測來自測定對象物的受光強度，能用受光強度有效地使第一單元的輸出歸一化，就能正確地測定距離。
一種實施方式的光學式測距裝置，其特征在于，驅動上述開關的開關信號，在以開關時間T驅動的第一存儲時間帶和以開關時間2T以上驅動的第二存儲時間帶內變化。
若根據上述實施方式，由于以轉換時間T和2T動作，保持在轉換時間T測定的結果，然后測定用同一元件以轉換時間2T測定的結果。由于能根據這兩個結果運算距離，而不需要用兩個單元，所以能使裝置小型化。
一種實施方式的光學式測距裝置，其特征在于，上述調制信號是脈沖波。
若根據上述實施方式，由于調制信號是脈沖波，能在測距范圍的整個區域內使分辨率固定。
一種實施方式的光學式測距裝置，其特征在于，上述第一單元和上述第二單元的開關時間大致相同，上述調制信號包含正弦波信號。
若根據上述實施方式，由于調制信號是正弦波，第一、第二單元的開關時間大致相同，所以能有效地除去背景光，同時由于能檢測受光信號的相位延遲，能正確地測定距離。
一種實施方式的光學式測距裝置，其特征在于，上述兩個單元是第一單元和第二單元，
上述第一、第二單元的上述存儲/差動運算部分別有用電容元件的積分器，上述第一單元的上述存儲/差動運算部分所用的電容元件和上述第二單元的上述存儲/差動運算部分所用的電容元件的電容值大致相同。
若根據上述實施方式，由于構成上述第一單元和上述第二單元的積分器的電容元件是大致相同的電容值，所以能有效地使受光強度歸一化。
一種實施方式的光學式測距裝置，其特征在于，上述兩個單元是第一單元和第二單元，上述第一單元和上述第二單元在同一的半導體襯底上制作。
若根據上述實施方式，由于第一單元和第二單元在同一的半導體襯底上制作，能使構成第一、第二單元間的各元件間沒有差別，所以能有效地除去背景光的影響，同時能高精度地測定距離。
一種實施方式的光學式測距裝置，其特征在于，上述發光元件是發光二極管。
若根據上述實施方式，由于發光元件是發光二極管，在背景光強的環境下也能實現可進行精度高的距離測定的光學式測距裝置。
一種實施方式的光學式測距裝置，其特征在于，上述發光元件是激光二極管。
若根據上述實施方式，由于發光元件是激光二極管，能對更遠方的測定對象物照射高能量密度的光，所以能擴大可測定距離的范圍。
一種實施方式的光學式測距裝置，其特征在于，具有使從上述發光元件出射的光束進行掃描的掃描機構。
若根據上述實施方式，由于具有從上述發光元件出射的光束的掃描機構，就能對寬廣范圍對象的距離進行測定，能擴展本發明的光學式測距裝置的應用范圍。
有關本發明另一方面的光學式測距裝置，其特征在于，具有與有重復頻率的調制信號同步發送光的發送器；接收從上述發送器發送并被測定對象物反射的光，輸出對應于已接收的光信號的信號的接收器；以及處理從上述接收器輸出的信號的信號處理部分，上述接收器包含
將接收了的光信號變換成電信號的受光元件；以與上述調制信號同步的規定時，將從上述受光元件來的電信號往至少兩條路徑切換的開關；以及在上述各路徑分別配置并存儲往上述各路徑切換的電信號的多個存儲部分，上述信號處理部分包含對上述每個存儲部分所存儲的各條路徑電信號之差進行運算的運算部分；根據上述運算部分的運算結果，決定上述存儲部分的存儲時間的存儲時間決定部分；以及用僅在上述存儲時間決定部分決定的存儲時間上述各存儲部分所存儲的電信號的上述運算部分的運算結果，判定到上述測定對象物距離的距離判定部分。
若根據上述實施方式，由于用運算部分對在用開關在切換的兩條路徑分別配置的各存儲部分內所存儲的電信號之差進行運算，所以從上述運算部分的運算結果中適當除去背景光等噪聲分量。因而，上述運算結果就等于僅提取并存儲由被測定對象物反射的反射光引起的信號分量。上述各存儲部分的存儲時間，由存儲時間決定部分根據上述運算結果來決定，所以能僅存儲除去背景光后的信號分量直至對距離測定成為足夠的量為止。
根據以上所述，例如，即使室外等的背景光是非常強的環境下，上述存儲部分也不會因噪聲分量飽和，根據充分存儲的信號分量能精度良好地檢測從發送器發送光后到被測定對象物反射的光由接收器接收的經過時間，能通過距離判定部分高精度判定到上述測定對象物的距離。
在一種實施方式中，上述存儲時間決定部分就是，通過上述運算部分的運算結果和閾值的比較，決定上述存儲時間。
若根據上述實施方式，由于通過上述運算部分的運算結果和閾值的比較，決定上述各運算部分的上述存儲時間，所以能用比較器容易構成上述存儲時間決定部分，同時能可靠地進行上述存儲時間的決定。
在一種實施方式中，上述存儲時間決定部分，在設上述運算部分的運算結果達到上述閾值的時間為t，設上述調制信號的重復頻率為T，設上述存儲時間為Tsum的情況下，決定上述存儲時間Tsum為滿足以下關系的值Tsum＝m×T式中，上述m是滿足m＞t/T的最小的整數。
若根據上述實施方式，由于決定上述存儲時間Tsum為滿足上述關系的最小值，正在存儲上述調制信號的一個周期部分的電信號之中，即使上述運算結果達到上述閾值時，也能以上述調制信號的一個周期分為單位存儲電信號。因而，不需要在不完善狀態下中斷上述存儲部分和上述運算部分的動作，就能正確判定到上述測定對象物的距離。
在一種實施方式中，上述接收器和信號處理部分具備二個由上述受光元件、開關、存儲部分和運算部分的集合而組成的單元，作為上述兩個單元之中一個的第一單元的上述開關的切換間隔是上述兩個單元之中另一個的第二單元的上述開關的切換間隔的兩倍以上，上述存儲時間決定部分，通過上述第一單元的運算部分的運算結果和閾值的比較，決定上述第一單元的存儲部分的存儲時間和上述第二單元的存儲部分的存儲時間，上述距離判定部分，用上述第一單元的運算部分的運算結果和上述第二單元的運算部分的運算結果判定到上述測定對象物的距離。
若根據該實施方式，在由上述受光元件、開關、存儲部分和運算部分的集合構成的兩個單元中，設第一單元的上述開關切換間隔為第二單元的上述開關切換間隔的兩倍以上。因而，若設第二單元的上述開關轉換間隔和上述調制信號的重復周期相同，則第一單元的各路徑的存儲部分內所存儲的電信號應該包含上述測定對象物的反射光的全部受光信號。其結果，在上述第一單元中，通過用上述運算部分對上述各路徑的上述各存儲部分內所存儲的電信號差進行運算，就能監視上述受光信號的強度。
即，若使用本發明，則根據上述第一單元的運算部分的運算結果和上述第二單元的運算部分的運算結果，即使上述反射光的受光信號強度是未知的情況，且背景光是強的環境下，也能精度良好地判定到上述測定對象物的距離。
而且，由于監視上述反射光的受光信號強度，所以能存儲上述運算結果，直到充分存儲到上述測定對象物的距離的測定所必要的信號，能更正確判定到上述測定對象物的距離。
在一種實施方式中，上述第一單元存儲部分的存儲時間和上述第二單元存儲部分的存儲時間相等。
若根據該實施方式，由于上述第一單元和上述第二單元存儲部分的存儲時間相同，所以能容易進行以后進行的上述距離判定部分的上述距離的運算、判定。
在一種實施方式的光學式測距裝置中，具有控制上述開關的路徑切換定時，同時進行消去上述各存儲部分內所存儲的電信號的控制部分，上述控制部分，根據第一定時用上述開關進行上述路徑的切換，用上述存儲時間決定部分決定上述存儲部分的存儲時間時，在消去了上述各存儲部分內所存儲的電信號后，根據第二定時用上述開關進行上述路徑的切換，僅在基于上述決定的存儲時間的時間，使上述各存儲部分存儲電信號，上述距離判定部分使用上述開關在第一定時進行上述路徑的切換時的上述運算部分的運算結果和上述開關在第二定時進行上述路徑的切換時的上述運算部分的運算結果，判定到上述測定對象物的距離。
若根據該實施方式，在第一時間帶，以第一定時使上述開關動作，用上述存儲時間決定部分決定上述存儲部分的存儲時間，根據該存儲時間決定第二時間帶的時間長度。而且，在第二時間帶，以第二定時使上述開關動作，上述距離判定部分用上述第一時間帶和上述第二時間帶的上述運算部分的運算結果，判定到上述測定對象物的距離。因而，若使上述第一時間帶的上述開關切換間隔是上述第二時間帶的上述開關切換間隔的兩倍以上，使上述第二時間帶的上述開關切換間隔和上述調制信號的重復周期相同，則在第一時間帶各路徑的存儲部分存儲的電信號應該包含上述測定對象物的反射光的全體受光信號。其結果，在第一時間帶，用上述運算部分對上述各路徑的上述各存儲部分存儲的電信號差進行運算，能監視上述受光信號的強度。
即，在該實施方式中，根據上述第一時間帶的上述運算部分的運算結果和上述第二時間帶的上述運算部分的運算結果，即使上述反射光的受光信號強度是未知的情況下，且背景光強的環境下，也能精度良好地判定到上述測定對象物的距離。
即，若根據該實施方式，能用具有一個上述單元的機構達到和具有兩個由上述受光元件、開關、存儲部分和運算部分的集合而構成的單元的光學式測距裝置相同效果。因此，可實現具有兩個上述單元的光學式測距裝置的小型化。
在一個實施方式的光學式測距裝置中，在上述運算部分的運算結果在第一規定時間內未達到上述閾值的情況下，上述存儲時間決定部分就設定上述存儲時間為不能決定，上述距離判定部分接受上述存儲時間決定部分的不能決定上述存儲時間，就設定到上述測定對象物的距離為不能判定。
在上述運算部分的運算結果在第一規定時間內未達到上述閾值的情況下，假設由于上述測定對象物位于十分遙遠的地方、上述測定對象物的反射率極低和因上述測定對象物的表面是鏡面狀態而使反射光太強等，就假定被受光元件接收的反射光量過弱。
若根據該實施方式，在上述運算部分的運算結果在第一規定時間內未達到上述閾值的情況下，設定上述存儲時間為不能決定，設定到上述測定對象物的距離為不能判定，所以在因上述那樣的原因而使受光元件接收的反射光量過弱的情況下，能防止判定距離的誤判定。
在一種實施方式中，在上述運算部分的運算結果在比上述第一規定時間還短的第二規定時間內已達到上述閾值情況下，上述存儲時間決定部分設定上述存儲時間為不能決定，上述距離判定部分接收上述存儲時間決定部分的不能決定上述存儲時間的情況，就設定到上述測定對象物的距離為不能判定。
在上述運算部分的運算結果在比上述第一規定時間還短的第二規定時間內已達到上述閾值情況下，由于上述測定對象物位于近處、上述測定對象物的表面是鏡面狀態而使反射光太強等，因電信號向上述存儲部分的存儲次數減少就不能得到充分的平均化效果，每一次的測定誤差對測定結果影響較大。
若根據該實施方式，在上述運算部分的運算結果在第二規定時間內已達到上述閾值情況下，設定上述存儲時間為不能決定，并設定到上述測定對象物的距離為不能判定，所以不能像上述那樣得到充分的平均化效果，在每一次的測定誤差對測定結果影響較大那種情況下，能防止上述距離判定部分的距離誤判定。
從以下的詳細說明和附圖能更充分地理解本發明，附圖僅作說明用，而并非限制本發明。
圖1是表示本發明第一實施方式的光學式測距裝置結構的方塊圖。
圖2(a)～(f)是表示上述光學式測距裝置動作的定時圖。
圖3是本發明第二實施方式的光學式測距裝置的方塊圖。
圖4(a)～(j)是表示上述光學式測距裝置動作的定時圖。
圖5是本發明第三實施方式的光學式測距裝置的方塊圖。
圖6(a)～(f)是表示上述光學式測距裝置動作的定時圖。
圖7是表示本發明第四實施方式的光學式測距裝置一部分結構的電路結構圖。
圖8是表示本發明第五實施方式的光學式測距裝置一部分結構的電路結構圖。
圖9是表示本發明第六實施方式的光學式測距裝置一部分結構的電路結構圖。
圖10A是表示本發明第七實施方式的光學式測距裝置一部分結構的電路結構圖。
圖10B是用于說明上述光學式測距裝置動作的電路結構圖。
圖11A是本發明第八實施方式的光學式測距裝置的接收器主要部分的剖面圖。
圖11B是表示沿圖11A的XIB-XIB線的電位分布的圖。
圖12是本發明第九實施方式的光學式測距裝置的方塊圖。
圖13(a)～(g)是表示圖12所示的光學式測距裝置動作的定時圖。
圖14(a)和(g)是以多個周期連續表示圖13(a)所示的發光信號和圖13(g)所示的存儲差動信號的圖。
圖15是和圖12不同的光學式測距裝置的方塊圖。
圖16(a)～(l)是表示圖15所示的光學式測距裝置動作的定時圖。
圖17是表示有光柵結構的受光器一例的示意剖面圖。
圖18(a)～(f)是表示圖17所示的光柵動作的定時圖。
圖19(a)～(f)是在圖18中有背景光情況的定時圖。
圖20(a)～(h)是表示現有的距離圖像傳感器動作的定時圖。
具體實施例方式
以下，用圖示的實施方式，詳細說明本發明的光學式測距裝置。
(第一實施方式)圖1是本發明第一實施方式的光學式測距裝置的方塊圖，圖2是表示該光學式測距裝置動作的定時圖。用圖1和圖2說明本發明的光學式測距裝置的概略。
如圖1所示，該光學式測距裝置具有向測定對象物12出射光束11作為光信號的發送器1、接收由上述測定對象物12反射的光束11的接收器2和處理來自上述接收器2的信號的信號處理部分3。
上述發送器1具有出射與有規定的重復頻率的調制信號同步的光信號的發光元件(light-emitting device)4和向上述發光元件4輸出調制信號的調制信號發生器5。
上述接收器2具有接收由上述測定對象物12反射的光束11并變換為電信號的受光元件(photodetector)6、接收來自上述調制信號發生器5的信號并以規定的定時把來自受光元件6的電信號向兩條路徑切換的開關7和分別存儲由上述開關7切換的兩條路徑的電信號的第一、第二存儲部分8a、8b。上述開關7接收從調制信號發生器5來的開關信號SWA、SWB并進行切換動作。
上述信號處理部分3具有進行被第一、第二存儲部分8a、8b存儲的上述電信號的差動運算的差動運算部分9和根據上述差動運算部分9的差動運算結果判定到上述測定對象物12的距離的距離判定部分10。
用上述第一、第二存儲部分8a、8b和差動運算部分9構成存儲/差動運算部分。
如圖1所示，與來自調制信號發生器5的信號同步，通過發光元件4向測定對象物12發射光束11。這里，如圖2(a)所示，假設發光信號(emittedoptical signal)(調制信號)為脈沖寬度t0的有一定重復頻率的脈沖波。但是，調制信號不限于脈沖波，若是三角波、鋸齒波、正弦波等作為時間函數表示的形狀，也能得到這種功能，但用脈沖波進行說明。關于脈沖波以外的各種調制信號的細節，后面敘述。
由測定對象物12反射的光束11，如圖2(b)所示，光束11在到測定對象物12的距離往復的時間(t1)比調制信號相位延遲而且可用受光元件6檢測。這里，Ip表示反射光的受光信號(received optical signal)強度，Ib表示背景光的噪聲強度。現在，設可能測距的范圍為7.5m時，需要脈沖寬度50nsec，這很容易從式(1)算出。而且，背景光充其量是數十KHz左右，所以該周期是數十μsec左右，由于相對于脈沖寬度50nsec是十分大，如圖2所示，能在脈沖寬度的時間寬度中當作DC光。
然后，受光信號用開關7以開關信號SWA、SWB((如圖2(c)、圖2(d)所示)的定時切換路徑。切換后的第一路徑(Ach)具有第一存儲部分8a。如圖2(e)所示的Ach信號那樣，在調制信號的每一個周期內將用Ip(t0-t1)+Ib·t0表示的電荷存入第一存儲部分8a。第二路徑(Bch)上具有第二存儲部分8b。如圖2(f)所示的Bch信號那樣，在每一個周期內將用(Ip·t1+Ib·t0)表示的電荷存入第二存儲部分8b。
第一、第二存儲部分8a、8b的輸出分別輸入到信號處理部分3，用差動運算部分9計算其差。差動運算后的差動信號能用積分次數N，以下面的式(3)表示。
差動信號＝N·[Ip(t0-t1)+Ib·t0]-N·[Ip·t1+Ib·t0]＝N·Ip(t0-2t1) .........(3)從以上可知，差動運算后能完全除去背景光，而且，為了達到充分的信號量可以設定積分次數N，通過距離判定部分10從式(3)求出時間t1后代入到式(1)，就能得到距離值。
然而，用式(3)能測定距離，限于受光信號強度Ip是已知時，例如，使發送器和接收器對置，發光元件使用激光等相干光，使用不使光的能量分散并直接受光那樣的測定系統的情況。這樣的情況下，由于出射能量和受光能量相等，通過預先測定受光信號強度Ip能用式(3)測定距離。這樣，僅用式(3)得到距離限于特別情況，一般的測距裝置大部分是，發送器和接收器配置在相同的位置，檢測從測定對象物來的反射光后，測定光在到測定對象物的距離往復的時間的用途。
因此，由于具有兩組具有接收器2和差動運算部分9的單元，檢測從測定對象物來的反射光，就能測定距離。以下，詳細加以說明。
(第二實施方式)圖3是本發明第二實施方式的光學式測距裝置的方塊圖，圖4是表示其動作的定時圖。用圖3和圖4說明該實施方式的光學式測距裝置的概略。
在圖3中，對和圖1相同的構成要素附加相同的符號。
該光學式測距裝置，如圖3所示，具有向測定對象物12出射光束11作為光信號的發送器1、接收由上述測定對象物12反射的光束11的接收器2和處理來自上述接收器2的信號的信號處理部分3。
上述發送器1具有出射與有規定重復頻率的調制信號同步的光信號的發光元件4和向上述發光元件4輸出調制信號的調制信號發生器5。
上述接收器2具有接收由上述測定對象物12反射的光束11并變換為電信號的第一、第二受光元件6A、6B；接收從上述調制信號發生器5來的信號并以規定的定時切換從第一、第二受光元件6A、6B來的電信號的第一、第二開關7A、7B；分別存儲由上述第一開關7A切換的兩條路徑的電信號的第一、第二存儲部分8a、8b；以及分別存儲由上述第二開關7B切換的兩條路徑的電信號的第三、第四存儲部分8c、8d。上述第一、第二開關7A、7B用從調制信號發生器5來的轉換信號SW1、SW2進行切換動作。
上述信號處理部分3具有進行被第一、第二存儲部分8a、8b存儲的上述電信號的差動運算的第一差動運算部分9A、進行被第三、第四存儲部分8c、8d存儲的上述電信號的差動運算的第二差動運算部分9B和根據上述第一、第二差動運算部分9A、9B的差動運算結果判定到上述測定對象物12的距離的距離判定部分10。
用上述第一～第四存儲部分8a、8b、8c、8d和第一、第二差動運算部分9A、9B構成存儲/差動運算部分。這里，用上述第一受光元件6A、第一開關7A、第一、第二存儲部分8a、8b和第一差動運算部分9A構成第一單元，用第二受光元件6B、第二開關7B、第三、第四存儲部分8c、8d和第一差動運算部分9B構成第二單元。
如圖3所示，由測定對象物12反射的光束11用第一受光元件6a和第二受光元件6b檢測。對于圖3中用參照號碼的副號「A」表示的第一單元的第一、第二路徑，如圖4(a)～圖4(f)所示，和用圖2(a)～圖2(f)表示的定時同樣進行處理。因而，對于第一單元的(第一、第二路徑)路徑的輸出，和式(3)相同，成為式(4)。
第一差動信號＝N[Ip(t0-t1)+Ib·t0]-N[Ip·t1+Ib·t0]＝N·Ip(t0-2t1) .........(4)與此相對，對于用參照號碼的副號「B」表示的第二單元的第一、第二路徑來說，如圖4(a)、圖4(b)、圖4(g)～圖4(j)所示那樣，用開關7b以與發光信號(圖4(a)所示)同步的脈沖寬度2t0的轉換信號SW3、SW4(圖4(g)和圖4(h)所示)的定時轉換路徑。轉換后的第二單元的第一路徑(Cch)具有第三存儲部分8c，如圖4(i)所示，第三存儲部分8c內存儲用Ip(t0)+Ib·2t0表示的電荷。第二單元的第二路徑(Dch)具有第四存儲部分8d，如圖4(j)所示，第四存儲部分8d內存儲用Ib·2t0表示的電荷。
上述第三、第四存儲部分8c、8d的輸出被輸入到信號處理部分3，用第二差動運算部分9B計算其差。差動運算后的信號能用下面式(5)表示。
第二差動信號＝N[Ip(t0)+Ib·2·t0]-N[Ib·2·t0]＝N·Ip(t0) .........(5)如以上那樣，通過對于第二單元的路徑設開關時間為第一單元的路徑的兩倍以上，由于開關時間t0是已知的，所以第二單元的路徑的差動運算結果變成依存于反射光強度Ip的形式。
設第一差動信號為S1、第二差動信號為S2時，到上述測定對象物12的距離(L)能用距離判定部分10通過取得兩差動運算結果的比S1/S2來檢測。
即，成為S1/S2＝N·Ip(t0-2t1)/N·Ip(t0)＝(t0-2t1)/t0∴t1=t02·(1-S1S2),]]>導出下式(6)，就能檢測距離(L)。
L=c2·t1]]>=c2·t02·(1-S1S2)=c·t04·(1-S1S2)···(6)]]>這里，第二單元的路徑的開關時間，為了簡單，如圖4所示，設為2t0，但若特別是第一單元的路徑的兩倍以上，由于反射信號光整體包含于第二單元的第一路徑，所以能得到同樣的效果。可是，比兩倍長時，由于只是背景光的電荷存儲量變大，所以如圖4所示，在第一單元的路徑開關時間的兩倍時是最好的。
以上的第二實施方式，如用圖4(c)、圖4(d)所表示的第一開關信號和用圖4(g)、圖4(h)所表示的第二開關信號使另外單元驅動，在一個單元的結構中，即使設置時間差來測定第一存儲時間帶的第一開關信號和第二存儲時間帶的第二開關信號，也能得到同樣的效果。這時，即使先運算第一、第二開關信號的哪一個也沒有差別，用存儲器或采樣保持電路保持先測定的結果，然后用由另外的開關信號測定的結果進行規定的運算，所以能得到距離值。
在圖4中，作為給發光元件施加的調制信號，用脈沖波進行了說明。這是因為調制信號是脈沖波時受光波形也變為脈沖波，反射信號光受光時持續相同的受光強度(一定值)，各信號存儲量與到測定對象物12的距離(L)成正比例地變化，所以在可能測距范圍全部分區域內呈線性(線形性)變化。因此，能在整個測距范圍內設分辨率為一定。與此相對，調制信號用三角波和鋸齒波時，受光波形是時間的1次函數，存儲量成為2次函數，所以在測距范圍內分辨率有疏密。最好根據用途適當靈活運用方法。
若使用上述光學式測距裝置，由于具備兩組有受光元件、開關和存儲/差動運算部分的單元，能除去從測定對象物12來的受光強度的影響，所以能夠正確地測定距離。
由于計算第一、第二單元的輸出比來判定距離，能除去背景光的影響，同時能使從測定對象物12來的受光強度歸一化，能正確地測定距離。
(第三實施方式)接著，圖5中表示調制信號是正弦波時的本發明第三實施方式的光學式測距裝置結構的方塊圖。圖6中表示其定時圖。在圖5中，對和圖1相同的構成要素附加相同的符號。
該光學式測距裝置，如圖5所示，具有向測定對象物12出射光束11作為光信號的發送器1、接收由上述測定對象物12反射的光束11的接收器2和處理從上述接收器2來的信號的信號處理部分3。
上述發送器1具有出射與有規定重復頻率的調制信號同步的光信號的發光元件4和向上述發光元件4輸出調制信號的調制信號發生器5。
此外，上述接收器2具有接收由上述測定對象物12反射的光束11并變換為電信號的受光元件6；接收從上述調制信號發生器5來的信號并以規定的定時向四條路徑切換來自受光元件6的電信號的開關7；和分別存儲由上述開關7切換的四條路徑的電信號的第一～第四存儲部分8a、8b、8c、8d。上述開關7用從調制信號發生器5來的轉換信號SWA～SWD進行切換動作。
此外，上述信號處理部分3具有進行被第一、第三存儲部分8a、8c存儲的上述電信號的差動運算的第一差動運算部分9A；進行被第二、第四存儲部分8b、8d存儲的上述電信號的差動運算的第二差動運算部分9B；和根據上述第一、第二差動運算部分9A、9B的差動運算結果判定到上述測定對象物12的距離的距離判定部分10。
用上述第一～第四存儲部分8a、8b、8c、8d和第一、第二差動運算部分9A、9B構成存儲/差動運算部分。
上述發光元件4的發光信號(調制信號)，如圖6(a)所示以周期4t0振蕩，受光信號，如圖6(b)所示，僅相位延遲光在到測定對象物12的距離(L)往復的時間t1，并用上述受光元件6將其進行檢測。由上述受光元件6檢測出的信號，以切換信號SWA～SWD(圖6(c)～圖6(f)所示)的定時通過開關7向4四條路徑切換，分別存儲在第一～第四存儲部分8a、8b、8c、8d中。這里，圖6(c)～圖6(f)所示的四個開關信號SWA～SWD的持續時間是調制信號正弦波的1/4周期(t0)以內的任意時間。
而且，分成四個以后，被第一～第四存儲部分8a、8b、8c、8d存儲的信號中對第一存儲部分8a的信號和第三存儲部分8c的信號，用第一差動運算部分9A進行差動運算，同時對第二存儲部分8b的信號和第四存儲部分8d的信號，用第二差動運算部分9B進行差動運算。用第一、第二差動運算部分9A、9B差動運算后，分別用存儲部分(未圖示)，進行多次信號的存儲。通過用距離判定部分10對存儲了的兩差動信號進行以下的處理，能求出受光信號的相位，能根據和調制信號(圖6(a)所示)的相位差，用下式(7)檢測到上述測定對象物12的距離(L)。
L=t0π·c·Tan-1(SD-SBSA-SC)···(7)]]>以下說明上述式(7)的推導過程。
設發光波形、受光波形為任意的正弦波函數g(t)、f(t)，即g(t)＝c·exp{j(ωt+ψ)}+df(t)＝a·exp{j(ωt+φ)}+b用上式表示時，發光波形和受光波形的相位差用φ-ψ表示。為了求出相位差，進行以下的運算。
在用函數f(t)表示的受光波形中，A為第一區間的積分值，B為第二區間的積分值，C為第三區間的積分值，D為第四區間的積分值。設第一區間～第四區間相位偏移各90度。這樣一來，積分值A用下式表示。
A=∫t0-Δtt0+Δtf(t)dt]]>=a·[exp{j(ωt+φ)}jω+bt]t0-Δtt0+Δt]]>=a·exp{j(ω(t0+Δt)+φ)jω+b(t0+Δt)-a·exp{j(ω(t0-Δt)+φ)}jω-b(t0-Δt)]]>=-jaω·exp{j(ω(t0+Δt)+φ)}+jaω·exp{j(ω(t0-Δt)+φ)}+2b·Δt]]>=-jaω·ejωΔt·exp{j(ωt0+φ)}+jaω·e-jωΔt·exp{j(ωt0+φ)}+2b·Δt]]>=-jaω·ejπ4·exp{j(ωt0+φ)}+jaω·e-jπ4·exp{j(ωt0+φ)}+2b·Δt]]>=exp{j(ωt0+φ)}jaω(-22(1+j)+22(1-j))+2b·Δt]]>=jaω·exp{j(ωt0+φ)}22(-2j)+2b·Δt]]>=2aω·exp{j(ωt0+φ)}+2b·Δt]]>=A0+2b·Δt]]>同樣，積分值B用下式表示。
B=∫t1-Δtt1+Δtf(t)dt]]>=2aω·exp{j(ωt1+φ)}+2b·Δt]]>這里，由于是t1＝t0+π/4＝t0+π/(2ω)，B=2aω·exp{j(ω(t0+π2ω)+φ)}+2b·Δt]]>=2aω·exp{j(ωt0+φ)+jπ2}+2b·Δt]]>=2aω·ejπ2·exp{j(ωt0+φ)}+2b·Δt]]>=ejπ2·A0+2b·Δt]]>積分值C用下式表示。
C=∫t2-Δtt2+Δtf(t)dt]]>=2aω·exp{j(ωt2+φ)+2b·Δt]]>這里，由于t2＝t0+π/2＝t0+π/ω，C=2aω·exp{jωt0+jπ+jφ}+2b·Δt]]>=2aω·ejπ·exp{jωt0+jφ)}+2b·Δt]]>=ejπ·A0+2b·Δt]]>積分值D用下式表示。
B=∫t3-Δtt3+Δtf(t)dt]]>=2aω·exp{j(ωt3+φ)}+2b·Δt]]>這里，由于t3＝t0+3π/2＝t0+3π/(2ω)，
B=2aω·exp{jωt0+j32π+jφ}+2b·Δt]]>=2aω·ej32π·exp{jωt0+jφ)}+2b·Δt]]>=ej32π·A0+2b·Δt]]>因而，變成A-C=A0-A0·ejπ]]>=A0(1-ejπ)]]>=2A0]]>=22aω·exp{j(ωt0+φ)}]]>D-B=A0(ej32π-ejπ2)]]>=A0(-j-j)]]>=-2jA0]]>=22aωj·exp{j(ωt0+φ)]]>=22aω·exp{j(ωt0+φ-π2)}]]>因此，成為|D-BA-C|=|exp{j(ωt0+φ-π2)}exp{j(ωt0+φ)}|=cos(ωt0+φ-π2)cos(ωt0+φ)=sin(ωt0+φ)cos(ωt0+φ)=tan(ωt0+φ)]]>得到ωt0+φ=Tan-1(D-BA-C)]]>。
因為t0時發光波形的輸出變成ωt0+Ψ＝n·2π/ω(式中n＝0、1、2...)如固定t0和ψ之間的關系，則變成下式
-φ+φ+n·2πω=-φ+φ=Tan-1(D-BA-C)]]>特別是，當ψ＝0時，則變成φ=Tan-1(D-BA-C)]]>，式(1)中的Δt用下式表示Δt=2t0φπ=2t0π·Tan-1(D-BA-C)]]>將其代入到式(1)，推導出式(7)。
在調制信號用正弦波的情況，能用受光元件6以及由用四個各90度相位偏移的開關信號切換到第一～第四存儲部分8a、8b、8c、8d的開關7、第一存儲部分8a與第三存儲部分8c的差動運算部分和第二存儲部分8b與第四存儲部分8d的差動運算部分構成，能用一個受光元件6得到對距離運算所必要的測定值。在圖6中，表示作為連續波的正弦波調制的例子，但即使用間斷發生的一個周期以上的正弦波調制發光信號，也能得到同樣的效果。
以上述的式(6)和式(7)表示的信號S1、S2、SA～SD作為電荷量表示。一般在檢測信號時變換成電壓將其讀出。存儲電荷量Q與其電容C和電位V之間Q＝CV……(8)的關系式(8)成立。因而，在式(6)和式(7)中，用S1、S2、SA～SD表示的信號量作為電位處理時，變為下式(9)。
V＝Q/C＝S/C……(9)若用該式(9)改寫式(6)，則變為式(10)L=c·t04·(1-C2V1C1V2)···(10)]]>同樣若改寫式(7)，則變為式(11)
L=t0π·c·Tan-1(C2V1C1V2)···(11)]]>這里，C1、C2分別是第一單元路徑和第二單元路徑的差動運算后設置的電容元件的電容值。如式(10)和式(11)所示，兩電容元件的電容值相等時使電容值歸一化并不影響運算結果，所以最好是設成相同電容值。
由于最好是第一單元和第二單元有相同的特性，所以在同一半導體襯底上集成化制作是理想的。
若使用上述結構的光學式測距裝置，即使在室外等背景光非常強的環境下，由于不會因噪聲分量而使之飽和，所以從充分的信號分量中檢測光的飛行時間，就能進行高精度的距離運算。
以上雖然概略說明了用于除去背景光影響的信號處理方法和結構，但是根據下面的第四～第八實施方式詳細說明各結構的具體例。
(第四實施方式)圖7是本發明第四實施方式的光學式測距裝置的電路結構圖，用圖7說明本發明第四實施方式的結構。圖7表示在圖1、圖3和圖5表示的接收器2和信號處理部分3的一部分，用受光元件6、第一、第二存儲部分8a、8b和差動運算部分9表示著「一個單元」。用一個或兩個(第一單元，第二單元)圖7的結構構成光學式測距裝置。以后，有和圖7相同的效果，但在各實施方式中說明不同的結構，為了實現上述功能也能組合使用那些結構。該組合的說明在以后的實施方式中也予以省略。
如圖7所示，把陽極接地的受光元件6的陰極與開關7的輸入端子連接。把上述開關7的一個輸出端子與運算放大器(以下稱運算放大器)13a的反相輸入端子連接，在運算放大器13a的輸出端子和反相輸入端子之間連接著電容元件14a。把上述開關7的另一個輸出端子與運算放大器13b的反相輸入端子連接，在運算放大器13b的輸出端子和反相輸入端子之間連接著電容元件14b。把上述運算放大器13a、13b的非反相輸入端子分別與基準電位Vs連接起來。而且，把上述運算放大器13a、13b的輸出端子與差動運算部分9連接，從差動運算部分9的輸出端子輸出輸出電壓Vo。
在圖7中，用受光元件6檢測的光信號，用開關7以圖2、圖4、圖6所示的定時切換到第一路徑和第二路徑。這里，設圖7的上側為第一路徑，設圖7的下側為第二路徑。在兩條路徑中構成了由運算放大器13a、13b和電容元件14a、14b構成的積分器，并且存儲用受光元件6檢測的光信號。該積分器是在圖1、圖3、圖5所示的第一、第二存儲部分8a、8b。第一、第二存儲部分8a、8b，在調制信號的多個周期范圍內存儲規定次數部分的信號。第一、第二存儲部分8a、8b把式(3)等表示的信號輸入到差動運算部分9。
由于用電容元件14a、14b構成積分器作為存儲部分，就很容易構成高速響應的積分器，能適當存儲所分配的電荷。
向積分器的輸入是電流(電荷量)，但其輸出是電壓，差動運算部分9也作為電壓處理構成。因此，參考式(8)，設第一積分器8a的電容元件14a的電容元件值為C1，設第二積分器8b的電容元件14b的電容元件值為C2時，以圖2的定時為例，第一、第二積分器8a、8b的輸出成為式(12A)、式(12B)。
如式(12A)、式(12B)所示，構成第一、第二積分器8a、8b的電容元件14a、14b的電容值不同時，差動運算結果變為具有一定的偏移。由于用差動運算的結果判定距離，偏移電位的存在成為產生誤差的主要原因，這是不理想的。
因此，構成第一、第二積分器8a、8b的電容元件14a、14b是相同的電容值。由于兩個積分器的特性偏差也是產生誤差的主要原因，通過在同一的半導體襯底上以同樣的結構制造這些積分器，能理想地降低由特性差引起的誤差。這時，由于C1＝C2，圖7的輸出電壓V0能表示為式(13)，Vo=NC·Ip(t0-2t1)···(13)]]>成為和式(3)的輸出等值。同樣，通過如圖4和圖6那樣變更開關的定時，能用圖7的結構得到各自效果，但說明重復，所以省略。顯然，在以后的各實施方式中，也同樣用各自的結構變更開關的定時，得到各自的差動運算結果，在以后的實施方式中也省略說明。
在上述第四實施方式的結構中，各積分器所存儲的電荷，同時存儲由信號光和背景光引起的電荷。因此，在背景光強的環境下，差動運算結果沒有背景光的影響，但積分器的輸出大為受到大背景光的影響。即，差動運算部分9的輸出大小變成較大地被背景光的強度左右，需要增加積分器所用的電容元件的電容值，但電容值增加時積分器的響應變慢，結果是難以提高測距精度。以下的實施方式表示解決這樣課題的結構。
(第五實施方式)圖8是本發明第五實施方式的光學式測距裝置的電路結構圖，用圖8說明本發明第五實施方式的結構。
如圖8所示，向陰極施加了電源電壓Vcc的第一受光元件26A的陽極與開關27的一個輸入端子連接，同時使陽極接地的第二受光元件26B的陰極與開關27的另一個輸入端子連接。上述開關27的輸出端子與運算放大器21的反相輸入端子連接，在運算放大器21的輸出端子和反相輸入端子之間連接著電容元件22。基準電位Vs連接著上述運算放大器21的非反相輸入端子。而且，從上述運算放大器21的輸出端子輸出輸出電壓V0。
在圖8中，設上側為第一受光元件26A，下側為第二受光元件26B。用適當的光學系統向這些第一、第二受光元件26A、26B的受光面上均勻地照射信號光。開關27以圖2、圖4、圖6所示的定時，被切換到第一受光元件26A的陽極和第二受光元件26B的陰極。開關27所選擇的受光元件的光電流存儲在和第四實施方式相同結構的積分器中。這里，由于開關27被切換到第一受光元件26A的陽極和第二受光元件26B的陰極，在開關27被連接到第一受光元件26A側時，光電流I1沿流入到積分器的方向作用，在開關27被連接到第二受光元件26B側時，光電流I2沿從積分器流出的方向作用。第一、第二受光元件26A、26B上都均勻地照射著反射光，所以第一、第二受光元件26A、26B的光電流值相等，其大小可用Ip表示如下。
I1＝Ip·f(t)......(14A)I2＝Ip·g(t)......(14B)這里，f(t)和g(t)分別表示I1和I2的波形(時間函數)。
因此，積分器的輸出(Vo)能表示成式(15)。
Vo=NC(∫0t1I2(t)dt-∫t2t3I1(t)dt)···(15)]]>
在圖2、圖4、圖6中，開關27與各端子連接的持續時間(t0)相同，所以可改寫式(15)如下。
Vo=NC(∫0t0{I2-I1}dt)]]>=N·IpC∫0t0{f(t)-g(t)}dt···(16)]]>這樣，若使用上述第五實施方式的光學式測距裝置，在使用電容元件22的積分器21、22中，由于一面存儲兩條路徑的電信號一面進行差動運算，能削減零件件數，同時由于能理想地消除上述差動運算的誤差，進而可高精度地測定距離。
由于上述開關27的切換，能通過以規定的定時使作用在積分器21、22上的電流方向反向而得到差動運算的效果，能一面用一個積分器進行差動運算，進而一面存儲運算結果的信號分量。
在圖8的結構中，通過切換使作用在積分器上的光電流方向反向，所以用一個積分器實現差動運算，就沒有象設置二個積分器時的那種積分器的電容差和特性差。
(第6實施方式)圖9是本發明第六實施方式的光學式測距裝置的電路結構圖，用圖9說明本發明第六實施方式的結構。這里，第一電流鏡像電路33a是具有一個輸入側端子和與在該輸入側端子流動的電流相同值的電流流動的二個輸出側端子的輸出型電流鏡像電路，第二電流鏡像電路33b是具有一個輸入側端子和與在該輸入側端子流動的電流相同值的電流流動的一個輸出側端子的吸入型電流鏡像電路。
如圖9所示，陽極接地的受光元件36的陰極與第一電流鏡像電路33a的輸入側端子連接。上述第一電流鏡像電路33a的一個輸出側端子與第二電流鏡像電路33b的輸入側端子連接，第一電流鏡像電路33a的另一個輸出側端子與開關37的一個輸入端子連接，開關37的另一個輸入端子與第二電流鏡像電路33b的輸出側端子連接。上述開關37的輸出端子與運算放大器31的反相輸入端子連接，在運算放大器31的輸出端子和反相輸入端子之間連接著電容元件32。基準電位Vs連接著上述運算放大器31的非反相輸入端子。而且，從上述運算放大器31的輸出端子輸出輸出電壓Vo。
在圖9中，由受光元件36檢測出的光電流I1用輸出型第一電流鏡像電路33a生成兩個具有相同電流值的電流信號I1。一方面在開關37的一個端子流入I1，再一方面直接向吸入型第二電流鏡像電路33b流入，第二電流鏡像電路33b從開關37吸入I2。由于用第一、第二電流鏡像電路33a、33b復制光電流，I1和I2大小是相同(Ip)的，由于能如圖示那樣用開關37使作用在積分器上的電流方向反向，所以和第五實施方式相同，積分器的輸出(V0)能表示為式(16)。
這樣，若使用上述第六實施方式的光學式測距裝置，在使用電容元件32的積分器31、32中，由于一面存儲兩條路徑的電信號一面進行差動運算，能削減零件件數，同時由于能理想地消除上述差動運算的誤差，進而就可高精度地測定距離。
由于上述開關37的切換，能通過以規定的定時將使積分器31、32起作用的電流方向反向，能得到差動運算的效果，能一面用一個積分器進行差動運算，進而一面存儲運算結果的信號分量。
在該第六實施方式中，由于積分器、受光元件都僅使用一個，能使有關上述第四實施方式的兩積分器間的特性差和有關上述第五實施方式的兩受光元件間的因照射不勻而引起的輸出差都理想地成為0。
(第七實施方式)圖10A是本發明第七實施方式的光學式測距裝置的電路結構圖，用圖10A說明本發明第七實施方式的結構。這里，第一電流鏡像電路43a是具有一個輸入側端子和與在該輸入側端子流動的電流相同值的電流流動的二個輸出側端子的輸出型電流鏡像電路，第二電流鏡像電路43b是具有一個輸入側端子和與在該輸入側端子流動的電流相同值的電流流動的二個輸出側端子的吸入型電流鏡像電路。
如圖10A所示，恒流源44的負極側與第一電流鏡像電路43a的輸入側端子連接，恒流源44的正極側與第二電流鏡像電路43b的輸入側端子連接。而且，受光元件46的陰極與第一電流鏡像電路43a的一個輸出側端子連接，上述受光元件46的陽極與第二電流鏡像電路43b的一個輸出側端子連接，該第二電流鏡像電路43b的一個端子與第一電流鏡像電路43a的另一個輸出側端子連接。上述第一電流鏡像電路43a的一個輸出側端子與第二電流鏡像電路43b的另一個輸出側端子連接。與上述第一電流鏡像電路43a的另一個輸出側端子連接的第一輸出端子48a與各開關47a、47b的一個輸入端子連接著。與上述第一電流鏡像電路43a的一個輸出側端子連接的第二輸出端子48b與各開關47a、47b的另一個輸入端子連接著。上述開關47a的輸出端子與運算放大器41的反相輸入端子連接，在運算放大器41的輸出端子和反相輸入端子之間連接著電容元件42。上述運算放大器41的非反相輸入端子連接著基準電位Vs。而且，從上述運算放大器41輸出端子輸出輸出電壓V0。
在圖10A中，恒流源44使一定的DC電流I0流動，該電流I0分別輸入到輸出型的第一電流鏡像電路43a和吸入型的第二電流鏡像電路43b。分別與上述第一電流鏡像電路43a的兩輸出側端子連接的第一、第二輸出端子48a、48b，通過開關47a以規定的定時(參照圖2、圖4、圖6)和后級的積分器41、42連接。上述第一電流鏡像電路43a的另一個輸出側端子和第二電流鏡像電路43b的一個輸出側端子之間是第一路徑，第一電流鏡像電路43a的一個輸出側端子和第二電流鏡像電路43b的另一個輸出側端子之間是第二路徑。
在圖10A所示的開關47a、47b的切換狀態中，當第一輸出端子48a和積分器41、42連接時，第二輸出端子48b通過作為負荷電阻一例的電阻R接地。相反，在圖10B所示的開關47a、47b的切換狀態中，當第二輸出端子48b和積分器41、42連接時，第一輸出端子48a通過電阻R接地。后級的積分器41、42的結構和以前的第一～第六實施方式相同。
上述第一路徑、第二路徑都用電流鏡像電路直接連接，所以由受光元件46生成了的光電流，作為從恒流源44來的電流差呈現在第一、第二輸出端子48a、48b。例如，在圖10A所示的開關47a、47b的切換狀態中，由受光元件46生成光電流Ip時，從第一電流鏡像電路43a的一個輸出側端子向第一路徑僅流出I0的電流，在受光元件46的陰極僅分流Ip，(I0-Ip)向著第二電流鏡像電路43b的另一個輸出側端子。可是，由于第二電流鏡像電路43b的輸入側端子和恒流源44連接，第二電流鏡像電路43b的另一個輸出側端子總是吸入電流I0，所以通過中途的第二輸出端子48b和電阻R流入相當于光電流Ip的電流。同樣，從第一電流鏡像電路43a的另一個輸出側端子向第二路徑僅流出I0的電流，在第一輸出端子48a僅分流Ip，(I0-Ip)向著第二電流鏡像電路43b的一個輸出側端子，另一方面，相當于光電流Ip的電流通過第一輸出端子48a向運算放大器41的反相輸入端子側流出。
相反，切換圖10B所示的開關47a、47b的情況下，由受光元件46生成光電流Ip時，從第一電流鏡像電路43a的一個輸出側端子向第一路徑僅流出I0的電流，在受光元件46的陰極僅分流Ip，(I0-Ip)向著第二電流鏡像電路43b的另一個輸出側端子。可是，由于第二電流鏡像電路43b的輸入側端子和恒流源44連接，第二電流鏡像電路43b的另一個輸出側端子總是吸入電流I0，所以通過中途的第二輸出端子48b從運算放大器41的反相輸入端子側流入相當于光電流Ip的電流。同樣，從第一電流鏡像電路43a的另一個輸出側端子向第二路徑僅流出I0的電流，在第一輸出端子48a僅分流Ip，(I0-Ip)向著第二電流鏡像電路43b的一個輸出側端子，另一方面，相當于光電流Ip的電流通過第一輸出端子48a和電阻R流出。
這樣一來，通過開關47a、47b的開關，能將使積分器41、42起作用的電流方向反向，所以積分器的輸出(Vo)和第五實施方式、第六實施方式同樣能表示為式(16)。
這樣，若使用上述第七實施方式的光學式測距裝置，在使用電容元件42的積分器41、42中，由于一面存儲兩條路徑的電信號一面進行差動運算，能削減零件件數，同時由于能理想地消除上述差動運算的誤差，可以進一步高精度地測定距離。
由于上述開關47a、17b的切換，通過以規定的定時能將使積分器41、42起作用的電流方向反向，能得到差動運算的效果，能一面用一個積分器進行差動運算，進而一面存儲運算結果的信號分量。
在該第七實施方式中，能得到和第六實施方式同樣的效果，而且由于恒流源44總是流動I0電流，能使受光元件46的輸入阻抗降低，所以與第六實施方式相比，能高速響應。因此，能特別提高測距精度。
(第八實施方式)圖11A是本發明第八實施方式的光學式測距裝置的接收器主要部分的剖面圖，圖11B表示沿圖11A中的XIB-XIB線的電位分布。用圖11A、圖11B說明本發明第八實施方式的結構。
在圖11A中，虛線包圍的部分是合并具有受光元件和開關及存儲部分的功能的接收器的主要部分，在P型半導體襯底58上形成了構成作為受光元件一例的受光部分56的第一N型擴散層，在該受光部分56的兩側，空出規定的間隔分別形成著構成第一、第二存儲部分50a、50b的第二N型擴散層。受光部分56和第一存儲部分50a之間及受光部分56和第二存儲部分50b之間，在P型半導體襯底58上用柵氧化膜和電極形成著作為第一、第二開關一例的柵極51a、51b。該受光部分56和存儲部分50a、50b及柵極51a、51b相對于受光部分56的中心線CL，剖面成左右對稱。對于與包含中心線CL的垂直于紙面的平面也對稱。
由第二N型擴散層組成的第一、第二存儲部分50a、50b的后級有差動運算部分59，輸出在第一、第二存儲部分50a、50b檢測出的信號的差(Vo)。用上述第一、第二存儲部分50a、50b和差動運算部分59構成存儲/差動運算部分。
如上述那樣，圖11B表示著沿圖11A中的XIB-XIB線的電位分布。在圖11B中，hν表示一個光子具有的能量(h是普朗克常數，ν是光的振動數)。
如圖11B所示，通過給柵極51a加上電位使柵極51a下部分的電位上升，受光部分56的光載流子沿電位的臺階向圖中左側移動，被作為最高電位的存儲部分的第一存儲部分50a存儲。柵極51a、51b相當于在圖2、圖4、圖6說明過的開關，通過以這些定時使兩柵極51a、51b適當切換，將光載流子分配給第一、第二存儲部分50a、50b。而且，被第一、第二存儲部分50a、50b存儲了的載流子，設其存儲電容為C時，如式(8)那樣作為相當于被存儲的電荷量的電位被檢測。而且，差動運算部分59，以用式(4)和式(5)等表示的形式，輸出相當于被第一、第二存儲部分50a、50b存儲的電荷量的電位的差動運算結果。以后的處理，照前面敘述那樣，所以這里省略。上述第一、第二存儲部分50a、50b有和積分器同樣的效果。
這里，由于在柵極51a、51b左右分配由受光部分56產生的光載流子，由受光部分56產生的載流子的移動有偏差，式(3)、(4)、(5)的第一項和第二項變化，不僅不能適當除去背景光而且成為距離的誤檢測。因此，為了左右均勻分配由受光部分56產生的光載流子，受光部分56和第一、第二存儲部分50a、50b及柵極51a、51b應左右對稱。
若使用上述第八實施方式的光學式測距裝置，受光部分56和柵極51a、51b及第一、第二存儲部分50a、50b對受光元件的中心軸左右對稱，第一、第二存儲部分50a、50b沒有偏差地存儲電荷，所以能提高測距精度，同時能有效地用差動運算除去背景光。
在以上的第一～第八實施方式中，作為上述那樣的光學式測距裝置在數米的測距范圍內有厘米級的分辨率，所以作為調制信號，有數十nsec級、即需要有MHz以上響應的發光元件。LED和LD也能這樣高速響應，由于能小型、廉價制造，作為本發明的光學式測距裝置的發光元件是合適的。因為LED(發光二極管)的光束發散，所以適合于較近距離用途，LD(激光二極管)能出射準直光，能將光束以高能量密度照射到遠方的測定對象物，適合遠距離用途，但不限于這樣的區分。由于用實施上述那樣的背景光對策的光學式測距裝置也能提高SN，所以白天室外使用的情況下，最好盡可能使信號光很強，在近距離用途方面往往LD也是理想的。
通過使用一維掃描從發光元件出射的光束的掃描機構，就能用其掃描角和測定的測距值而得到二維距離圖像。同樣，通過使用二維掃描光束的掃描機構，就能得到三維距離圖像。
(第九實施方式)圖12是本發明第九實施方式的光學式測距裝置的方塊圖，圖13是表示圖12所示的光學式測距裝置動作的定時圖。以下，根據圖12和圖13說明本實施方式的光學式測距裝置。
如圖12所示，本光學式測距裝置，用向測定對象物214發射光束217的發送器211、檢測被上述測定對象物214反射的光束218的接收器212和處理從接收器212來的檢測信號的信號處理器213概略構成。
在上述發送器211中，與調制信號發生器215來的調制信號同步，用發光元件216向測定對象物214發射光束217。這里，上述調制信號是如圖13(a)所示以一定的重復頻率使脈沖寬度t0的脈沖重復的脈沖波。但是，上述調制信號不限于脈沖波，只要是三角波和鋸齒波等有波形表示時間作為函數的信號，就能得到本光學式測距裝置的功能。以下作為是脈沖波進行說明。關于每個調制信號后面詳細敘述。
被上述測定對象物214反射的光束218，用上述接收器212的受光元件219檢測。那時，光束218，如圖13(b)所示，比調制信號僅相位延遲光束217、218在到測定對象物214的距離往復的時間(t1)并予以檢測。這里，圖13(b)中的「Ip」表示因受光元件219的光電變換產生的反射光光束218的電流信號(以下稱脈沖信號)的強度，「Ib」表示背景光的電流信號(噪聲信號)的強度。
現在，設可測距的范圍為7.5m時，很容易從上述式(1)知道，發光信號的脈沖寬度t0必須是50nsec。由于背景光充其量是數十kHz左右，其周期是數十μsec左右，相對于上述脈沖寬度50nsec就十分大。因此，如圖13所示，在上述發光信號的脈沖寬度t0的時間長度內，背景光可看作是DC光。
然后，上述受光元件219的檢測信號(受光信號＝脈沖信號+噪聲信號)，通過第一開關220和第二開關221把路徑切換成第一路徑(Ach)和第二路徑(Bch)，從受光元件219流過第一路徑(Ach)側的受光信號輸入到第一存儲部分222。另外，從受光元件219流過第二路徑(Bch)側的受光信號輸入到第二存儲部分223。這里，第一開關220和第二開關221，如圖13(c)和圖13(d)所示，用和上述發光信號相同的定時開-關控制。圖13(c)和圖13(d)中的第一開關信號SA是第一開關220用的控制信號，第二開關信號SB是第二開關221用的控制信號，都由發送器211的調制信號215供給。而且，第一路徑(Ach)的第一存儲部分222，如圖13(e)所示，存儲圖13(a)所示調制信號的每一個周期(Ip(t0-t1)+Ib·t0)的電荷。同樣，第二路徑(Bch)的第二存儲部分223，如圖13(f)所示，存儲上述調制信號的每1周期(Ip·t1+Ib·t0)的電荷。
即，構成上述接收器212的受光元件219，具體地說，例如，相當于圖17的p型半導體襯底101和n型半導體層102，第一開關220和第二開關221相當于圖17的MOS晶體管107、108，第一存儲部分222相當于圖17的電荷存儲部分103，第二存儲部分223相當于圖17的電荷存儲部分104。
這樣被上述的第一存儲部分222和第二存儲部分223存儲的電荷，作為Ach信號和Bch信號輸入到作為構成上述信號處理部分213的上述運算部分的差動運算部分224。而且，用差動運算部分224進行從第一存儲部分222來的Ach信號和從第二存儲部分223來的Bch信號之差的運算(差動運算)。并且，得到圖13(g)所示的存儲差動信號。這里，上述存儲差動信號能用存儲次數N以式(17)表示。
存儲差動信號＝N·[Ip(t0-t1)+Ib·t0]-N·(Ip·t1+Ib·t0)＝N·Ip(t0-2t1) …(17)決定上述式(17)的「N」如下。圖14是連續多個周期表示圖13(a)所示的發光信號和圖13(g)所示的存儲差動信號的圖。如圖14所示，在每個周期累計相當于發光信號的持續時間t0的差動信號，在某時刻t2和預先設定的閾值-Vth交叉。決定這時的累計次數(上述發光信號的周期數)作為存儲次數N。在圖14中，作為一例舉例示出了存儲差動信號為負的情況，但用脈沖寬度t0和延遲時間t1的關系決定存儲差動信號的符號。但是，在有成為t1＝t0/2關系的情況下，相當于脈沖寬度t0的差動信號由于成為0，即使重復上述差動信號的累計也不存儲上述差動信號。這時，需要限制將可能測定范圍限定于直到t0/2等。
如圖14所示，為了檢測上述存儲差動信號的值達到預先設定的閾值(±Vth)的時間t2，在上述存儲差動信號的值達到上述閾值時可以使用使輸出電平翻轉的比較器(comparator)。在本實施方式中，如圖12所示，將從差動運算部分224來的輸出信號(存儲差動信號)輸入到比較器225。在比較器225進行存儲差動信號的值和閾值(±Vth)的比較，若|存儲差動信號的值|＞Vth而從比較器225來的輸出信號的電平從「H」翻轉成「L」時，根據從該比較器225來的輸出信號，總是把第一轉換信號SA和第2轉換信號SB的電平變為「L」，使第一開關220和第二開關221停止并結束測定。
這里，根據從上述比較器225向第一開關220和第二開關221的輸出信號結束測定的定時，如圖14所示，最好是包含上述存儲差動信號值達到上述閾值的時間t2的上述調制信號的最短周期時間t3。因而，在第一存儲部分222和第二存儲部分223存儲電荷的途中不結束測定，能在完全存儲電荷后結束測定。
從上述差動運算部分224來的輸出信號(存儲差動信號)，也輸入到距離判定部分226。而且，用距離判定部分226根據上述存儲差動信號的值達到上述閾值的時間t2求出存儲次數N，用上述式(17)算出光束217、218到測定對象物214往復時間t1，進而用上述式(1)算出到測定對象物214的距離L。
如上述那樣，在本實施方式中，通過上述差動運算部分224，根據第一存儲部分222來的Ach信號和從第二存儲部分223來的Bch信號，用式(17)得到存儲差動信號。這樣，通過進行Ach信號和Bch信號的差動運算，適當除去背景光等噪聲分量，能僅提取并存儲對計算到測定對象物214的距離所必要的信號分量。因而，通過多次累計上述差動運算的結果，就能在差動運算部分224存儲對計算距離充分的電荷量。
在得到上述存儲差動信號時的累計次數N，由于根據上述差動運算的結果和預先設定的閾值(±Vth)的比較結果來決定，所以僅除去背景光等噪聲分量以后的信號分量的存儲量能一直存儲到對于求出到測定對象物214的距離而言充分的量。因而，例如，即使在室外等的背景光非常強的環境下，第一存儲部分222和第二存儲部分223也不會因噪聲分量而飽和，從充分量的信號分量中檢測光到測定對象物214的往復時間，能進行高精度的距離運算。
之所以能夠用上述式(17)算出光束217、218在到測定對象物214的距離往復的時間t1，這是由于受光信號強度Ip已知的情況。例如，限于相互對置發送器和接收器，作為發光元件使用激光等相干光，不分散地輸出光能量，用受光元件直接受光那樣的測定系統的情況。這樣的情況下，由于出射能量和受光能量相等，通過預先測定受光信號強度Ip，用式(17)算出從發光元件出射激光后到用受光元件受光的時間t1，能根據得到的時間t1，用式(1)算出到接收機的距離L。
這樣，之所以能夠僅用上述式(17)得到上述時間t1，這是限于特別的情況。可是，在一般的光學式測距裝置中，大部分是將發送器211和接收器212配置在大致相同的位置，檢測從測定對象物214來的反射光并測定光在到測定對象物214的距離往復的時間t1的情況，由于受光信號強度Ip是未知，不能用式(17)算出到測定對象物214的往復時間t1。但是，在能用某種方法得到受光信號強度Ip的值的情況下，不用說，能算出往復時間t1。如上述那樣，在成為t1＝t0/2的關系時存在無信號區(不感帶)，所以在適用范圍或使用方法上必須加以限制。
(第十實施方式)該第十實施方式涉及即使從測定對象物來的反射光的受光信號強度Ip未知，也能測定到測定對象物214的距離的光學式測距裝置。在本光學式測距裝置中，通過具有兩組由接收器和差動運算部分組成的單元，檢測從測定對象物來的反射光，從而能測定到測定對象物的距離。以下詳細說明本光學式測距裝置。
圖15是本實施方式的光學式測距裝置的方塊圖。圖16是圖15所示的光學式測距裝置動作的定時圖。以下，用圖15和圖16說明本實施方式的光學式測距裝置。
在圖15中，發送器211、測定對象物214、調制信號發生器215、發光元件216和光束217、218，都和在上述第九實施方式中的圖12所示的光學式測距裝置的情況相同，省略說明。構成接收器231的第一受光元件219、第一開關220、第二開關221、第一存儲部分222和第二存儲部分223，和圖12所示的光學式測距裝置的情況相同，并省略說明。構成信號處理部分232的第一差動運算部分224，也和圖12所示的光學式測距裝置的情況相同，省略說明。
這里，上述第一受光元件219、第一開關220、第二開關221、第一存儲部分222和第二存儲部分223和第一差動運算部分224，如圖16(a)～圖16(g)的定時圖所示，和在上述第九實施方式中圖13(a)～圖13(g)的定時圖所示的受光元件219、第一開關220、第二開關221、第一存儲部分222和第二存儲部分223和第一差動運算部分224的情況同樣地動作。因而，從第一差動運算部分224輸出的第一存儲差動信號，和上述第九實施方式的式(17)同樣，也能用累計次數N1表示(式(18))。
第一存儲差動信號＝N1·[Ip(t0-t1)+Ib·t0]-N1·(Ip·t1+Ib·t0)＝N1·Ip(t0-2t1) …(18)如圖15所示，上述接收器231具有第二受光元件233、第三開關234、第四開關235、第三存儲部分236和第四存儲部分237。而且，由測定對象物214來反射的光束218被第二受光元件233檢測。第二受光元件233的檢測信號，如圖16(h)和圖16(i)所示的那樣，通過用與圖16(a)表示的發光信號同步的脈沖寬度2t0的第三開關信號Sc和第四開關信號SD控制開-關的第三開關234和第四開關235，切換到第三路徑(Cch)和第四路徑(Dch)。
從上述第二受光元件233流向第三路徑(Cch)側的受光信號被輸入到第三存儲部分236。另外，從第二受光元件233流向第四路徑(Dch)側的受光信號被輸入到第四存儲部分237。第三路徑(Cch)的第三存儲部分236如圖16(j)所示，存儲(Ip·t1+Ib·2t0)的電荷，同樣地，第四路徑(Dch)的第四存儲部分237如圖16(k)所示，存儲(Ib·2t0)的電荷。
即，本實施方式的上述接收器231，具體地說，例如，除了由相當于第一受光元件219、第一開關220、第二開關221、第一存儲部分222和第二存儲部分223的p型半導體襯底、n型半導體層、MOS晶體管和電荷存儲器組成的單元外，并設構成由相當于第二受光元件233、第三開關234、第四開關235、第三存儲部分236和第四存儲部分237的p型半導體襯底、n型半導體層、MOS晶體管和電荷存儲部分組成的單元，能向雙方的n型半導體層同時入射光束218。
這樣被上述的第三存儲部分236和第四存儲部分237存儲的電荷，作為Cch信號和Dch信號輸入到構成信號處理部分232的第二差動運算部分238中。而且，用第二差動運算部分238進行從第三存儲部分236來的Cch信號和從第四存儲部分237來的Dch信號的上述差動運算。得到圖16(1)所示的那樣的第二存儲差動信號。這里，上述第二存儲差動信號能用存儲次數N2以式(19)表示。
第二存儲差動信號＝N2·[Ip·t0+Ib·2t0]-N2·(Ib·2t0)＝N2·Ip·t0 …(19)像以上那樣，在本實施方式中，設關于上述第三路徑和第四路徑的第三開關234和第四開關235的開關時間是關于上述第一路徑和第二路徑的第一開關220和第二開關221的開關時間的兩倍。據此，第二存儲差動信號的值，由于脈沖寬度t0已知，便采用依存于受光信號強度Ip的形式。
因此，在上述第九實施方式中，和決定上述式(17)的「N」的情況相同，在發光信號的每一個周期累計相當于脈沖信號持續時間t0的兩倍的第二差動信號，決定達到預先設定閾值時的累計次數，作為上述存儲次數N2。
為了檢測那時的上述第二存儲差動信號的值達到預先設定的閾值的時間(即，累計次數N2)，和上述第一實施方式的情況相同，向比較器239輸入從第二差動運算部分238來的輸出信號(第二存儲差動信號)。而且，用比較器239進行第二存儲差動信號的值和上述閾值的比較，若|第二存儲差動信號的值|＞上述閾值從而從比較器239來的輸出信號的電平翻轉時，用從該比較器239來的輸出信號使第一開關220、第二開關221、第三開關234和第四開關235停止并結束測定。
這時，從上述式(19)就明白，在關于上述第三路徑和第四路徑的第二存儲差動信號中，由于除去背景光的噪聲分量從而檢測受光信號強度Ip本身，所以能存儲信號直到受光信號量成為充分大小。用上述第三路徑和第四路徑的第二存儲差動信號，監視基于測定對象物214的反射光的受光信號的強度。因此，在上述受光信號相對發光信號的延遲時間t1和發光信號的脈沖寬度t0的關系是「t1＝t0/2」的情況下，即使上述第一路徑和第二路徑的上述第一存儲差動信號是「0」，通過對上述第二存儲差動信號的放大等適當的處理，能測定到測定對象物的距離。
但是，對于即使某一定時間存儲上述Cch信號和Dch信號的差動運算結果也未達到上述閾值的情況，可以認為是測定對象物214位于比可能測定的距離范圍遠的情況、測定對象物214的反射率極端低的情況、和因測定對象物214的表面是鏡面狀態而使反射光極端弱的情況等。在那些情況下，通過判斷為不能測定而停止信號的存儲，能防止得到精度低的測定結果。
相反，對于上述Cch信號和Dch信號的差動運算結果的存儲值(即，第二存儲差動信號的值)，在比上述一定時間短的其他一定時間還短的時間達到上述閾值的情況，應認為是測定對象物214位于比可能測定的距離范圍近的情況和因測定對象物214的表面是鏡面狀態而使反射光強度過強的情況等。在那些情況下，由于上述式(18)、式(19)的存儲次數N1和存儲次數N2的值減少，每一次的測定精度對測定結果影響都很大，得不到充分平均化效果，結果使測定精度降低。為了防止測定精度降低，最好是上述第二存儲差動信號的值在上述一定時間內達到上述閾值的情況也判斷為不能測定。
從上述第一差動運算部分224來的輸出信號(第一存儲差動信號)和從第二差動運算部分238來的輸出信號(第二存儲差動信號)被輸入到距離判定部分240。而且，用距離判定部分240算出第一存儲差動信號S1和第二存儲差動信號S2之比，用該比值，根據下列的式(20)得到至測定對象物214的距離L。
L=c2·t1]]>=c2·t02·(1-S1S2)=c·t04(1-S1S2)]]>如上述那樣，在本實施方式中，上述接收器231中和上述第九實施方式的情況相同，除了第一受光元件219、第一開關220、第二開關221、第一存儲部分222和第二存儲部分223外還具有第二受光元件233、第三開關234、第四開關235、第三存儲部分236和第四存儲部分237。信號處理部分232中和上述第九實施方式的情況相同，除了第一差動運算部分224外，還具有第二差動運算部分238。
而且，用上述第一受光元件219、第一開關220、第二開關221、第一存儲部分222、第二存儲部分223和第一差動運算部分224，和上述第九實施方式的情況同樣，通過進行Ach信號和Bch信號的差動運算，求出除去了上述式(18)表示的那樣背景光等的噪聲分量后的第一存儲差動信號。用第二受光元件233、第三開關234、第四開關235、第三存儲部分236、第四存儲部分237和第二差動運算部分238，求出作為上述式(19)表示那樣的Cch信號和Dch信號的差動運算結果的存儲信號的第二存儲差動信號。
那時，將上述第三開關234和第四開關235的開關時間設定為上述發光信號脈沖寬度t0的兩倍。因而，Cch信號和Dch信號應該包含反射光的光束218的脈沖信號的全體，通過進行Cch信號和Dch信號的差動運算，能得到僅依存于受光信號強度Ip的第二存儲差動信號。其結果，用距離判定部分240，根據上述第一存儲差動信號和第二存儲差動信號，能利用上式(20)得到至測定對象物214的距離L。
因而，若使用本實施方式，即使受光信號強度Ip是未知的情況，而且，是背景光很強的環境下，也能高精度測定到測定對象物214的距離L。
用于得到上述第一存儲差動信號和第二存儲差動信號的累計時間，盡量根據上述第二差動運算的結果和與預先測定的閾值的比較結果決定。因而，即使受光信號對發光信號的延遲時間t1和發光信號的脈沖寬度t0的關系是「t1＝t0/2」從而上述第一存儲差動信號是「0」的情況，也能測定到測定對象物214的距離。由于用上述第二存儲差動信號檢測受光信號強度Ip本身，所以能存儲差動信號直到受光信號量成為充分大小。
另外，在上述第十實施方式中，將上述第三開關234和第四開關235的開關時間設定為上述發光信號的脈沖寬度t0的兩倍。但是，本發明并不限于脈沖寬度t0的兩倍，若是脈沖寬度t0的兩倍以上，Cch信號和Dch信號中應該包含反射光的光束218的脈沖信號的全體，能取得同樣效果。但是，在上述第三開關234和第四開關235的開關時間比脈沖寬度t0的兩倍還長的情況，只是僅僅背景光等噪聲分量的電荷存儲量增多。因而，第三開關234和第四開關235的轉換時間，最好的是上述發光信號的脈沖寬度t0的兩倍。
在上述第十實施方式中，具有兩組由接收器和差動運算部分組成的單元，并用不同的單元構成用圖16(c)和圖16(d)所示的開關信號控制開-關的第一開關220和第二開關221、和用圖16(h)和圖16(i)所示的轉換信號控制開-關的第三開關234和第四開關235。但是，使用由接收器和差動運算部分組成的單元只有一組的圖12所示的光學式測距裝置，也能執行和根據圖16所示的定時圖的動作相同的動作。
那種情況下，在圖12所示的結構中，接受來自上述比較器225的輸出信號并使上述輸出信號的電平從「H」翻轉成「L」時，變更從調制信號發生器215向第一開關220和第二開關221供給的轉換信號周期并且變更各開關的上述路徑的切換定時，同時設置控制部分對第一存儲部分222和第二存儲部分223存儲的電荷進行消去。
而且，上述控制部分，首先控制上述調制信號發生器215，輸出圖16(h)和圖16(i)所示的開關信號，以圖16(h)和圖16(i)所示的定時開-關第一開關220和第二開關221。那時，差動運算部分224和圖15所示的第二差動運算部分238同樣動作，輸出上述式(19)所示的第二存儲差動信號。這樣，進行第一時間帶的處理。而且，比較器225在|第二存儲差動信號的值|＞Vth時，使輸出信號的電平從「H」翻轉為「L」。
那樣作時，上述控制部分對第一存儲部分222、第二存儲部分223存儲的電荷進行消去，同時根據從上述第二存儲差動信號的值和閾值Vth來的第一時間帶的存儲時間(存儲次數N2)，決定與上述第一時間帶連續的第二時間帶的時間長度。進而，使調制信號發生器215輸出圖16(c)和圖16(d)所示的轉換信號，以圖16(c)和圖16(d)所示的定時使第一開關220和第二開關221僅開-關上述決定時間長度。此時，差動運算部分224和圖15所示的第一差動運算部分224同樣動作，輸出上述式(18)表示的第一存儲差動信號。這樣，進行上述第二時間帶的處理。
這樣，上述第二時間帶的處理結束時，上述距離判定部分226算出第一存儲差動信號S1和第二存儲差動信號S2之比，用該比值，根據式(20)得到至測定對象物214的距離L。
這種情況，即使受光信號強度Ip是未知的情況，而且，是背景光很強的環境下，用僅一組由接收器和差動運算部分組成的單元的光學式測距裝置，也能達到和能精度良好地測定到測定對象物214的距離L等的第十實施方式相同的效果。因而，用比其還小型化的光學式測距裝置，也能實現和具有兩組第十實施方式的上述單元的光學式測距裝置相同的功能。
在上述備實施方式中，使用脈沖波作為加到上述發光元件216上的調制信號。這就是說，在上述調制信號是脈沖波的情況下，上述受光信號的波形也變成脈沖波，反射信號光受光時的受光信號持續相同的受光信號強度(一定值)。其結果，Ach～Dch信號的各信號電荷存儲量與到測定對象物214的距離L成正比變化，在可能測距范圍內的全部分區域中各信號的電荷存儲量和距離L呈線性(線形性)的關系。因而，能在整個測距范圍內使分辨率為一定。
與此相反，作為上述調制信號使用三角波或鋸齒波的情況下，上述受光信號的波形變為時間的一次函數，Ach～Dch信號的各信號電荷存儲量成為時間的二次函數，其結果，在測距范圍內分辨率產生疏密。因而，作為上述調制信號，最好根據用途適宜分別使用脈沖波或使用三角波和鋸齒波。
以上說明了本發明的實施方式，但很明顯也可以進行各種變更。這種變更，不應該看成超出本發明的構思和范圍，本技術領域人員進行的顯而易見的變更都包含在所附的權利要求書的范圍中。
權利要求
1.一種光學式測距裝置，測定從發送光起到接收由測定對象物反射的光為止的光的飛行時間，從而檢測到上述測定對象物的距離，其特征在于，具有發光元件，出射與有規定重復頻率的調制信號同步的光信號；受光元件，來自上述發光元件的上述光信號由上述測定對象物反射，該受光元件接收其反射后的上述光信號并變換為電信號；開關，以規定的定時將來自上述受光元件的上述電信號向至少兩條路徑切換；存儲/差動運算部分，分別存儲由上述開關切換的上述路徑的電信號，對該被存儲了的上述電信號進行差動運算；以及距離判定部分，根據上述存儲/差動運算部分的差動運算結果，判定到上述測定對象物的距離。
2.如權利要求1所述的光學式測距裝置，其特征在于，上述存儲/差動運算部分具有使用電容元件的積分器，由上述積分器存儲上述電信號。
3.如權利要求2所述的光學式測距裝置，其特征在于，上述開關切換第一路徑和第二路徑，上述存儲/差動運算部分的上述積分器是連接到上述第一路徑的第一積分器和連接到上述第二路徑的第二積分器，上述存儲/差動運算部分進行上述第一積分器的輸出和上述第二積分器的輸出的差動運算。
4.如權利要求3所述的光學式測距裝置，其特征在于，上述第一積分器和上述第二積分器中使用的電容元件的電容值相同或大致相同。
5.如權利要求3所述的光學式測距裝置，其特征在于，在同一半導體襯底上至少制作上述受光元件和上述第一積分器及上述第二積分器。
6.如權利要求1所述的光學式測距裝置，其特征在于，上述存儲/差動運算部分具有使用電容元件的積分器，由上述積分器一面存儲上述電信號一面進行差動運算。
7.如權利要求6所述的光學式測距裝置，其特征在于，由上述開關轉換被上述受光元件檢測出的光電流的路徑，通過使輸入到上述存儲/差動運算部分的上述積分器的輸入端子的上述光電流的流動方向反轉，進行差動運算。
8.如權利要求7所述的光學式測距裝置，其特征在于，上述受光元件包括陰極連接到電源的第一受光元件和陽極連接到基準電位的第二受光元件，上述開關以上述規定的定時將上述第一受光元件的陽極連接到上述存儲/差動運算部分的上述積分器的輸入端子，將上述第二受光元件的陰極連接到上述存儲/差動運算部分的上述積分器的輸入端子。
9.如權利要求8所述的光學式測距裝置，其特征在于，上述第一受光元件和上述第二受光元件是相同構造，并且是相同尺寸。
10.如權利要求8所述的光學式測距裝置，其特征在于，在同一半導體襯底上至少制作上述第一受光元件和上述第二受光元件。
11.如權利要求7所述的光學式測距裝置，其特征在于，具有生成兩個和在上述受光元件中流動的電流相同大小的電流的輸出型的第一電流鏡像電路；以及輸入由上述第一電流鏡像電路生成的兩個電流的一個，生成和該電流相同大小的電流的吸入型的第二電流鏡像電路，上述開關以上述規定的定時進行以下切換，使由上述第一電流鏡像電路生成的另一個電流輸入到上述積分器的輸入端子，或者，使由上述第二電流鏡像電路生成的電流輸入到上述積分器的輸入端子。
12.如權利要求7所述的光學式測距裝置，其特征在于，具有恒流源；生成兩個和在上述恒流源流動的電流相同大小的電流的輸出型的第一電流鏡像電路；以及生成兩個和在上述恒流源流動的電流相同大小的電流的吸入型的第二電流鏡像電路，使上述受光元件的陽極與上述第一電流鏡像電路的一個輸出側端子連接，使上述受光元件的陰極與上述第一電流鏡像電路的另一個輸出側端子連接，上述開關以上述規定的定時進行以下切換，使上述第一電流鏡像電路的一個輸出側端子與上述積分器的輸入端子連接，并使上述第一電流鏡像電路的另一個輸出側端子與電阻負載連接，或者，使上述第一電流鏡像電路的另一個輸出側端子與上述積分器的輸入端子連接，并使上述第一電流鏡像電路的一個輸出側端子與電阻負載連接。
13.如權利要求1所述的光學式測距裝置，其特征在于，上述開關是第一開關和第二開關，上述存儲/差動運算部分具有第一存儲部分和第二存儲部分，上述受光元件和第一開關及第二開關相鄰配置，上述第一存儲部分與上述第一開關相鄰配置，上述第二存儲部分與上述第二開關相鄰配置，上述存儲/差動運算部分進行被上述第一存儲部分和上述第二存儲部分存儲的信號的差動運算，在同一半導體襯底上至少制作上述受光元件、上述第一開關、上述第二開關、上述第一存儲部分和上述第二存儲部分。
14.如權利要求13所述的光學式測距裝置，其特征在于，上述受光元件、上述第一開關、上述第二開關、上述第一存儲部分和上述第二存儲部分相對于上述受光元件的中心線是左右對稱。
15.如權利要求1所述的光學式測距裝置，其特征在于，具備兩個有上述受光元件、上述開關和上述存儲/差動運算部分的單元。
16.如權利要求15所述的光學式測距裝置，其特征在于，上述兩個單元是第一單元和第二單元，上述距離判定部分計算上述第一單元的輸出和上述第二單元的輸出之比，根據該比判定到測定對象物的距離。
17.如權利要求16所述的光學式測距裝置，其特征在于，上述第一單元和上述第二單元的開關時間大致相同，上述調制信號包含正弦波信號。
18.如權利要求15所述的光學式測距裝置，其特征在于，上述兩個單元是第一單元和第二單元，設上述第一單元的開關時間為T時，上述第二單元的開關時間是2T以上。
19.如權利要求18所述的光學式測距裝置，其特征在于，驅動上述開關的開關信號，在以開關時間T驅動的第一存儲時間帶和以開關時間2T以上驅動的第二存儲時間帶變化。
20.如權利要求18所述的光學式測距裝置，其特征在于，上述調制信號是脈沖波。
21.如權利要求15所述的光學式測距裝置，其特征在于，上述兩個單元是第一單元和第二單元，上述第一、第二單元的上述存儲/差動運算部分別具有使用電容元件的積分器，上述第一單元的上述存儲/差動運算部分的上述積分器中所用的電容元件和上述第二單元的上述存儲/差動運算部分的上述積分器中所用的電容元件的電容值大致相同。
22.如權利要求15所述的光學式測距裝置，其特征在于，上述兩個單元是第一單元和第二單元，上述第一單元和上述第二單元制作在同一半導體襯底上。
23.如權利要求1至22的任一項所述的光學式測距裝置，其特征在于，上述發光元件是發光二極管。
24.如權利要求1至22的任一項所述的光學式測距裝置，其特征在于，上述發光元件是激光二極管。
25.如權利要求1至22的任一項所述的光學式測距裝置，其特征在于，具有掃描從上述發光元件出射的光束的掃描機構。
26.一種光學式測距裝置，其特征在于，具有發送器，與具有重復頻率的調制信號同步來發送光；接收器，接收從上述發送器發送并被測定對象物反射的光，輸出與接收的光信號對應的信號的；以及信號處理部分，處理從上述接收器輸出的信號，上述接收器包含受光元件，將接收的光信號變換成電信號；開關，以與上述調制信號同步的規定定時，將來自上述受光元件的電信號向至少兩條路徑切換；以及多個存儲部分，在上述各路徑分別配置并存儲向上述各路徑切換的電信號，上述信號處理部分包含運算部分，進行上述每個存儲部分所存儲的每條路徑的電信號的差的運算；存儲時間決定部分，根據上述運算部分的運算結果，決定上述存儲部分的存儲時間；以及距離判定部分，用僅在上述存儲時間決定部分決定的存儲時間上述各存儲部分所存儲的電信號的上述運算部分的運算結果，判定到上述測定對象物的距離。
27.如權利要求26所述的光學式測距裝置，其特征在于，上述存儲時間決定部分，通過上述運算部分的運算結果和閾值的比較，決定上述存儲時間。
28.如權利要求27所述的光學式測距裝置，其特征在于，上述存儲時間決定部分在設上述運算部分的運算結果達到上述閾值的時間為t，設上述調制信號的重復頻率為T，設上述存儲時間為Tsum時，決定上述存儲時間Tsum為滿足以下關系的值，Tsum＝m×T式中，上述m是滿足m＞t/T的最小整數。
29.如權利要求27所述的光學式測距裝置，其特征在于，上述接收器和信號處理部分具備兩個由上述受光元件、開關、存儲部分和運算部分的集合而組成的單元，作為上述兩個單元之中的一個的第一單元的上述開關的切換間隔是上述兩個單元之中的另一個的第二單元的上述開關的切換間隔的兩倍以上，上述存儲時間決定部分，通過上述第一單元的運算部分的運算結果和閾值的比較，決定上述第一單元的存儲部分的存儲時間和上述第二單元的存儲部分的存儲時間，上述距離判定部分用上述第一單元的運算部分的運算結果和上述第二單元的運算部分的運算結果，判定到上述測定對象物的距離。
30.如權利要求29所述的光學式測距裝置，其特征在于，上述第一單元的存儲部分的存儲時間和上述第二單元的存儲部分的存儲時間相等。
31.如權利要求26所述的光學式測距裝置，其特征在于，包括控制上述開關的上述路徑的轉換定時，同時消去上述各存儲部分存儲的電信號的控制部分，上述控制部分，根據第一定時使上述開關進行上述路徑的切換；通過上述存儲時間決定部分決定上述存儲部分的存儲時間時，在消去上述各存儲部分存儲的電信號后，根據第二定時使上述開關進行上述路徑的切換，僅在基于上述決定的存儲時間的時間使上述各存儲部分存儲電信號，上述距離判定部分使用上述開關在上述第一定時進行上述路徑的切換時的上述運算部分的運算結果和上述開關在上述第二定時進行上述路徑的切換時的上述運算部分的運算結果，判定到上述測定對象物的距離。
32.如權利要求27所述的光學式測距裝置，其特征在于，上述運算部分的運算結果在第一規定時間內未達到上述閾值時，上述存儲時間決定部分設上述存儲時間不能決定，上述距離判定部分接受上述存儲時間決定部分的不能決定上述存儲時間的情況，設不能判定到上述測定對象物的距離。
33.如權利要求32所述的光學式測距裝置，其特征在于，在上述運算部分的運算結果在比上述第一規定時間還短的第二規定時間內達到上述閾值的情況下，上述存儲時間決定部分設上述存儲時間不能決定，上述距離判定部分接受上述存儲時間決定部分的不能決定上述存儲時間的情況，設不能判定到上述測定對象物的距離。
全文摘要
發送器(1)具有出射與有規定重復頻率的調制信號同步的光信號的發光元件(4)和向發光元件(4)輸出調制信號的調制信號發生器(5)。接收器(2)具有接收由測定對象物(12)反射的光束(11)并轉換為電信號的受光元件(6)、接收來自調制信號發生器(5)的信號并以規定的定時向兩條路徑切換來自受光元件(6)的電信號的開關(7)和分別存儲由上述開關(7)轉換的兩條路徑電信號的第一、第二存儲部分(8a、8b)。信號處理部分(3)具有對被第一、第二存儲部分(8a、8b)存儲的電信號進行差動運算的差動運算部分(9)和根據差動運算部分(9)的差動運算結果判定到測定對象物(12)距離的距離判定部分(10)。
文檔編號G01S17/10GK1991407SQ200610064049
公開日2007年7月4日 申請日期2006年10月30日 優先權日2005年10月28日
發明者和田秀夫, 渡部恒久, 民長隆之 申請人:夏普株式會社
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